基于硬度判定EPDM发泡材料减振性能

王巧玲，季承远，李安，高光涛

（青岛科技大学橡塑材料与工程教育部重点实验室，山东　青岛　266042）

基于硬度判定EPDM发泡材料减振性能

王巧玲，季承远，李安，高光涛

（青岛科技大学橡塑材料与工程教育部重点实验室，山东青岛266042）

用实验方法探究EPDM发泡材料硬度与静刚度之间的关系，讨论刚度对发泡材料减振性能的影响，判定其减振性。实验表明，随着炭黑、硫磺和过氧化二异丙苯、石蜡油、防老剂用量增加，发泡材料硬度与静刚度之间函数关系是合理的，且N330/N550补强的EPDM发泡胶料静刚度随硬度增长趋势较N330、N550补强EPDM的发泡胶料缓慢；另外，强度及力学性能也超过必要的要求。

EPDM发泡材料；硬度；静刚度

减振垫、海绵等多种发泡橡胶制品通常是处于周期性交变应力条件下工作的。为保证橡胶制品使用的安全性和可靠性，研究发泡材料的硬度与静刚度之间的关系具有极其重要的意义[1~2]。EPDM发泡制品由于具有优异的耐天候性、低温柔软性等性能，近年来在汽车工业、建筑业中较广泛用作密封和减振材料[3~4]。对于某些在动态条件下使用的减振橡胶发泡制品，出于结构和性能上的要求，需要有一定的硬度，即一定的静刚度[5]。本实验以配方变量探究并论证了减振制品静刚度随硬度变化的正相关性。

1　实验部分

1.1主要原材料

三元乙丙橡胶EPDM（4045），中国吉林石化；炭黑N330、N550，美国卡博特公司；发泡剂AC，常州永新精细化学有限公司；石蜡油，sunpar 2280，美国太阳石油公司；Rhenogran S-80，硫磺质量分数80%，莱茵化学公司。其他实验用原材料均为市售工业级产品。

1.2主要实验设备及仪器

XSM200橡塑试验用密炼机，上海科创橡塑机械设备有限公司；SK-160B双辊开炼机，上海第一橡胶机械厂；GT-M2000-FA无转子硫化仪，台湾高铁检测仪器有限公司；GT-70802门尼黏度仪，台湾高铁检测仪器有限公司；HS 1007-RTMO平板硫化机，佳鑫电子设备科技有限公司；GT-AI-7000M电子拉力试验机，台湾高铁检测仪器有限公司；尼康SMZ1500体视显微镜，日本尼康公司。

1.3试样制备

基本配方：EPDM 100份（质量，下同），ZnO 5份，SA 1份，发泡剂AC 2份，S 0.5份。

以下为配方变量：

（1）炭黑为变量，N330、N550分别为30、40、50、60、70份，N330/N550并用比例为20/50、30/40、40/30、50/20。

（2）硫磺和DCP为变量（N330/N550=30/40），S分别为0.5、1、1.5、2份；DCP（S 0.2）分别为2、2.5、3、3.5、4份。

（3）石蜡油为变量（S为1份），石蜡油分别为10、15、20、25、30。

（4）防老剂为变量（石蜡油为15份），RD/4020与RD/MB分别为1/1、1.5/1.5、2/2，4020为2、3、4。

本实验采用密炼机和开炼机混炼工艺，混炼工艺条件如下：密炼机初始设定温度为：60℃、转速60 r/min。按顺序加料，排胶温度约143℃。排出的胶料在SK-160B双辊开炼机上下片，冷却，然后在开炼机上加发泡剂、硫磺和促进剂，下片并停放24 h备用。用无转子硫化仪测定硫化曲线，转子摆动弧度1°，转子摆动频率1.67 Hz。硫化温度为170℃。由硫化曲线确定正硫化时间，然后用平板硫化机进行硫化。

1.4性能测试方法

按照国标GB/T1232.1—2000进行门尼黏度测试。混炼胶的硫化特性，硫化胶硬度分别按照ASTMD—2084，GB/531—92进行测定；拉伸强度测试采用2型试样，按照国标GB/T 528—1998 eqv ISO 37:1994进行测试；按照国标GB/T1681—2009进行橡胶回弹性能测试。

2　结果与讨论

2.1炭黑品种及用量对发泡材料硬度和静刚度关系的影响

根据产品要求的性能的不同，发泡材料的最终使用性能主要决定于橡胶基体材料的物理和化学性质。本实验选用三元乙丙橡胶（EPDM）作为基体材料。三元乙丙胶（EPDM）是乙烯和丙烯的无规共聚物中再引入少量的非共轭二烯类单体作为硫化点溶聚形成的非极性橡胶，分子不饱和度较低，因而其具有优异的弹性、低温性能、耐热氧老化性、耐化学介质性以及良好的耐水性和优异的电绝缘性。炭黑、硫磺和过氧化二异丙苯、石蜡油、防老剂用量的变化在补强三元乙丙胶（EPDM）过程中影响发泡材料的泡孔形貌进而影响硬度的规律性变化，最后导致静刚度的趋势变化也呈现规律性。我国硫化橡胶一般采用邵尔A硬度计，适用于软质硫化橡胶在邵尔20~90范围内的硬度测定。橡胶发泡材料的减振性能对泡孔形貌比较敏感，假如混炼工艺和模压硫化工艺相同，得到的发泡材料泡孔形貌差异在一定范围内，各发泡材料检测的环境温度一样，检测得到的硬度值的受外界环境影响较小，则静刚度与硬度的相关性受外界影响很小。

测试结果如表1所示，随炭黑用量的增加硬度与静刚度变化趋势相同都呈现增大趋势，且相同用量N330补强EPDM发泡胶料的硬度与静刚度较N550补强EPDM胶料的大，另外N330/N550并用补强EPDM发泡胶料的硬度与静刚度均高于单独使用N330或N550补强EPDM的胶料，说明炭黑并用具有协同作用，测试结果显示其他性能也符合预期目标。

表1　炭黑用量对EPPM发泡胶料硬度与静刚度的影响

由图1得静刚度与硬度一阶拟合方程为：

式中：HA——橡胶邵尔A硬度；

Ks——静刚度，N/mm。

由图1可观察到第一次拟合直线和第二次拟合直线基本吻合如式（1），第三次拟合直线如式（2）斜率略偏小，说明N330/N550补强EPDM发泡胶料静刚度随硬度增长趋势较N330、N550补强EPDM的发泡胶料缓慢。对比图1中各线形，直线线形相似， 图1基本反映了静刚度随硬度变化的规律，证明橡胶硬度与静刚度之间函数关系是合理的。

图1　炭黑与静刚度和硬度的拟合直线关系图

2.2交联密度对发泡材料硬度和静刚度关系的影响

由于EPDM发泡胶料要求有较好的减振性能，本研究选用了普通硫磺硫化体系。为进一步研究硫化胶的硬度和静刚度的关系，将促进剂用量保持不变，增加硫磺用量，另外还研究了有机过氧化物过氧化二异丙苯（DCP）硫化体系中硬度与静刚度的关系。如表2所示，随着S和DCP用量的增加，硫化胶的硬度和静刚度呈增大趋势，测试结果显示其他性能也符合预期目标，耐老化性和压缩永久变形变化不大。

表2　S和DCP用量对EPDM发泡胶料硬度和静刚度的影响

图2　S、DCP与静刚度和硬度的拟合直线关系图

由图2得静刚度与硬度一阶拟合方程为：

式中：HA——橡胶邵尔A硬度；

Ks——静刚度，N/mm。

由图2可观察到第一次拟合直线如式（3）和第二次拟合直线如式（4）线性相似，第一次拟合直线斜率略偏小，说明硫磺硫化EPDM发泡胶料静刚度随硬度增长趋势较DCP硫化EPDM发泡胶料缓慢，图2基本反映了静刚度随硬度变化的规律，证明橡胶硬度与静刚度之间函数关系是合理的。

2.3石蜡油对发泡材料硬度和静刚度关系的影响

石蜡油的加入能够降低胶料黏度、改善其加工性能，提高补强剂在胶料中的分散状况，降低制品成本，并可改善硫化胶的耐寒性，因此研究石蜡油存在的情况下EPDM发泡材料硬度和静刚度的关系具有指导性意义。如表3所示，随着石蜡油用量的增加，硫化胶的硬度和静刚度呈减小趋势，测试结果显示其他性能也符合预期目标。

表3　石蜡油用量对EPDM发泡胶料硬度和静刚度的影响

由图3得静刚度与硬度一阶拟合方程为：

式中：HA——橡胶邵尔A硬度；Ks——静刚度，N/mm。

图3　石蜡油与静刚度和硬度的拟合直线关系图

由图3可观察到石蜡油存在条件下EPDM发泡材料的硬度与静刚度的拟合直线如式（5），基本反映了静刚度随硬度变化的规律，证明橡胶硬度与静刚度之间函数关系是合理的。

2.4防老剂对发泡材料硬度和静刚度关系的影响

橡胶会在使用过程中受到热、氧、光等一些因素的影响而逐渐发生物理或者化学变化，使其性能下降，并丧失用途，这种现象称为橡胶的老化。为提高他们的使用寿命，增加效益，节约资源，我们需要在橡胶中添加防老剂。如表3所示，随着防老剂品种及用量的变化，防护的EPDM发泡材料出现最大硬度时都有一个最佳用量。RD/4020与4020防护的发泡材料的硬度呈现先增大后减小的趋势，RD/MB防护的发泡材料的硬度则呈现先增大后基本不变的趋势，但发泡材料的静刚度与硬度呈现相同的变化趋势，测试结果显示其他性能也符合预期目标。

表4　防老剂的品种与用量对EPDM发泡胶料硬度与静钢度的影响

图4　防老剂与静刚度和硬度的拟合直线关系图

由图4得静刚度与硬度一阶拟合方程为：

式中：HA——橡胶邵尔A硬度；

Ks——静刚度，N/mm。

由图4可观察到防老剂不同品种及用量防护EPDM发泡材料测定的硬度与静刚度的拟合直线如式（5）、（6）、（7），不同用量及品种的防老剂对硬度的影响程度有差异，但都基本反映了静刚度随硬度变化的规律，证明橡胶硬度与静刚度之间函数关系是合理的。

3　EPDM发泡材料刚度对减振性能的影响

刚度是判定橡胶减振性能的重要指标之一，橡胶材料的动静刚度比对振动传递和减震效果有显著的影响。动静刚度比越小，橡胶材料的弹性就越好，振动传递效果也越好。发泡橡胶制品受交变载荷应力产生形变过程中，橡胶硬度的改变使减振制品的静刚度发生变化，从而使橡胶减振制品发生泡孔塌陷，高度降低，弹性变差，对于由泡孔填充的EPDM复合材料而言，泡孔塌陷，高度降低，会影响制品的性能，致使产生更大的振动和噪音，达不到减振的目的。减振制品的静刚度是制品受静载荷时的刚度；如果载荷是动态的，则称为动刚度，动刚度与静刚度的比值称为动静刚度比。动刚度一般大于静刚度，而且交变应力越大，动刚度越大[6]。当橡胶减振制品静刚度发生改变时，其动刚度也必然会发生同方向的变化，即静刚度增大动刚度也必然随之增大一般，当静刚度变化大于50%，可一定程度上认为减振制品失效，需要进一步检测判定[2]。

4　结论

（1）实验表明，橡胶减振制品的硬度与静刚度存在着正相关性的函数关系，但都存在一定范围的偏差，静刚度随硬度变化的正相关性对工程实践具有指导性意义。

（2）通过检测多组减振制品的硬度和静刚度来确定硬度与静刚度的拟合曲线，即可在原位测定橡胶减振制品的硬度为判别减振制品是否失效提供依据，是一种判定橡胶减振性实时性能的无损检测方法。

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[6] 贺春江, 张国文, 陈梦,等. 微孔橡胶垫板动静刚度比的试验研究[J]. 铁道建筑, 2015(7):117~119.

(R-03)

欧洲PVC制品商Eurocell上半年利润增长12%

欧洲PVC产品生产商Eurocell当地时间2016年8月23日发布了上半财年财报。

该公司主要生产窗户、门和屋顶等PVC产品。在截至6月底的上半财年，公司营收9 720万英镑，较上一财年同期的8 250万英镑实现了增长。上半财年实现税前利润1 030万英镑(约合1 361万美元)，较上一财年同期的630万英镑增长63%。

Eurocell上半财年调整后税前利润增长12%至1 070万英镑，增长12%。

Eurocell董事会主席劳森(Bob Lawson)表示：“展望未来，英国有关退出欧盟的公投结果导致了不确定性，但是我们已为下半年营造了一个良好的开端，在下半财年的最初7周里，公司销售额增长了17%(如果不将并购因素考虑在内为8%)。并且，我们认为，行之有效的策略和能力将帮助Eurocell在2016年余下的日子里为顾客和股东创造更多价值。 ”

摘编自“中国聚合物网”

Vibration reduction performance of EPDM foaming material based on hardness

Vibration reduction performance of EPDM foaming material based on hardness

Wang Qiaoling, Ji Chengyuan, Li An, Gao Guangtao
(Qingdao University of Science and Technology,Qingdao 266042, Shandong, China)

In this paper, the relationship between hardness and stiffness of EPDM foam is discussed by experiment method, and the effect of stiffness on the damping property of foamed material is discussed. Experiments show that with the increasing content of carbon black, sulfur, dicumyl peroxide, paraffi n oil and antioxidant, the function relation between foaming material hardness and stiffness is rational, and the static stiffness growth trend with increasing hardness of N330/N550 reinforced EPDM foamed material is slower than N330 and N550 reinforced EPDM foamed material; In addition, the strength and mechanical properties are also more than the necessary requirements.

EPDM foamed material; hardness; static stiffness

TQ333.4

1009-797X(2016)18-0047-05

BDOI:10.13520/j.cnki.rpte.2016.18.012

王巧玲（1989-），女，在读硕士研究生，从事高分子材料配方设计及加工工艺的研究。

2016-07-07